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2月10日 ， 上海天文台VLBI深空探测指挥控制中心的测控员在工作中 。 中国科学院VLBI网是我国首次火星探测任务“天问一号”探测器测控系统的分系统之一 。新华社发
新华社电 2021年2月10日19时52分 ， 我国首次火星探测任务“天问一号”探测器实施近火捕获制动 ， 顺利进入环火轨道 ， 成为我国第一颗人造火星卫星 。 “天问一号”成功实施制动捕获的环绕器 ， 由中国航天科技集团八院抓总研制 。 在长达十年的研制之路上 ， 八院火星环绕器团队历经千锤百炼 。
论证再论证
2010年 ， 我国深空探测重大专项论证在八名院士联名上书的推动下拉开帷幕 。 自那时起 ， 八院火星团队全程参加我国深空探测的重大专项论证 。 2013年 ， 根据中国航天科技集团对火星探测任务的分工 ， 八院火星团队转入对火星环绕器的总体论证 。
我国是深空探测领域的后来者 ， 对深空探测所需的技术积累有限 ， 为实现深空探测工程的目标 ， 需要攻克一系列关键技术：机会唯一的制动捕获如何踩刹车？过程复杂的两器分离如何设计？遥测遥控中断30天的“日凌期”如何度过？数亿公里外的火星探测器如何开展自主管理？
【天问|天问一号“入火” 这一脚刹车踩得巧】一个个技术难题如一只只拦路虎 ， 横亘在问天之路上 。 八院火星团队迎难而上 ， 论证再论证 。 为了攻克环绕器自主管理难题 ， 环绕器副总设计师朱新波组建了一个“敢啃硬骨头”的攻关小组 ， 不断完善理论模型和技术框架 。
为了更好地发挥协作优势 ， 团队骨干周必磊、何振宁等青年设计师频繁往返京沪之间 ， 不断完善项目建议书和任务书 ， 边论证边调研 。 凭着“初生牛犊不怕虎”的干劲 ， 火星团队在“深空探测自主管理与控制关键技术”“深空探测顶层任务规划与系统级技术”等课题研究先后取得重大突破 ， 此后成果成功进行了应用 ， 终于使环绕器拥有了聪明“大脑” 。
高可靠自主火星捕获技术也是技术攻关的一个重要内容 。 环绕器在抵达火星后 ， 需要把握住唯一的机会 ， 对火星进行制动捕获 。 如果点火时间过长 ， 探测器就会一头撞上火星；如果点火时间过短 ， 探测器就会飞离火星 。 这对环绕器姿轨控分系统提出了极高要求 。
为了解决难题 ， 环绕器团队谢攀等年轻的总体设计师 ， 与八院相关研究所同事们一起 ， 不断进行脑力碰撞 ， 提出了无数个方案 。 最终 ， 他们决定采用捕获时“开机时长”和“速度增量”两个指标来控制发动机的“双关机策略” 。 环绕器还可以自主生成二次捕获策略 ， 以最大限度保证任务成功 。
集体的智慧是无穷的 。 在大家共同努力下 ， 团队接连攻克了火星制动捕获、超远距离通信、长时间在轨自主管理、深空光学自主导航等多项关键技术 。
付出再付出
测控数传分系统是火星探测器最重要的分系统之一 ， 不仅要进行整器的各项试验 ， 同时还要进行各测控站、应用站的对接 。 对接工作时间跨度大、协同距离远 ， 需要长期保持多地同时工作 。
北到佳木斯的深山老林 ， 西到喀什的茫茫戈壁 ， 南到文昌的湿热海岛 ， 东到上海的佘山脚下……在进行我国首台高灵敏度数字化深空应答机的测控应用对接任务时 ， 李金岳、张旭光、何春黎、刘镒四位综合测试、测控数传、综合电子岗位的设计师 ， 短短几个月时间里 ， 辗转八地 ， 披星戴月 ， 奔赴数万公里 。
火星环绕器的AIT（总装、集成和试验）任务首次采用京、沪两地联合研制模式 。 研制期间 ， 火星环绕器辗转于上海、北京和海南 ， 每一次装箱、每一次装车、每一次卸车、每一次开箱、每一次押运都严格按既定计划进行 ， 在繁琐的往复中各环节有条不紊地紧密衔接 ， 为整个研制任务的进程提供了最安全的保障 。
2020年初 ， 一场突如其来的新冠肺炎疫情 ， 打乱了火星环绕器正样产品的出厂步伐 。 为了降低人员流动风险 ， 团队决定分双线并行推进工作：一支队伍在京完成与北京飞行控制中心的无线1：1联试 ， 另一支队伍负责在上海完成整器出厂评审准备工作 。
2020年4月初 ， 试验队整装待发 ， 前往文昌航天发射场 。 面对将近4个月的超长进场期 ， 在海南高温高湿的气候下 ， 试验队夜以继日为环绕器做发射前的最后冲刺 。 当关键流程处于非当班期间 ， 综合测试主任设计师王森、总体副主设计师徐亮始终坚守在测试现场 ， 确保了环绕器一切正常 。
坚持再坚持
2020年7月23日 ， “天问一号”成功发射后 ， 火星环绕器的飞控工作和其他近地卫星不同 ， 需要同时在北京、上海两地进行飞控 。 在环绕器副总指挥褚英志、计划助理印兴峰的组织下 ， 八院火星团队轮换执行北京/上海的飞控值班任务 。 在“天问一号”奔赴火星的星际旅途中 ， 团队成员每天“两班倒”一路遥遥“相伴” 。
截至目前 ， 火星探测研制团队已经持续开展了202天的在轨飞行控制任务 ， 完成了四次中途修正和一次深空机动 ， 开展了各种自检和功能验证工作 ， 对探测器的测控通信能力、能源保障能力、姿轨控能力、自主管理能力等进行了测试 ， 确保制动捕获过程涉及的功能、性能得到充分检验 。
在火星制动捕获的关键节点前夕 ， 总体主任设计师牛俊坡、总体副主设计师杜洋带领全体团队成员 ， 奔赴北京飞控 ， 细致地开展飞控文件的最终确认 ， 与北京飞行控制中心开展一遍又一遍的协同演练 。 正是这种严谨认真、一丝不苟的精神 ， 环绕器顺利开展制动捕获 ， 成功实现我国首次火星自主探测任务的环绕目标 。
十年的问天之路 ， 八院火星环绕器队伍奉献的是青春和智慧 ， 扛住的是责任与压力 。 第一时间得知“天问一号”成功进入环火轨道 ， 环绕器总体主任设计师牛俊坡自豪地说：“好奇是隐藏人类心中的神秘种子 ， 热情是蕴含人们体内的无穷力量 ， 深空是等待人们探索的未知领域 ， 梦想是激励我们前进的灼灼明灯 。 我们所做的每一件事、踩下的每一个脚印 ， 都在创造新的历史！”
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人类为何对“探火”情有独钟？
中国航天科技集团八院509所总体室主任陆希介绍说 ， 与水星、金星比起来 ， 火星最接近太阳系“宜居带” ， 是除地球之外 ， 被认为最有可能孕育和存在生命的另一颗行星 。 自古以来 ， 火星就是一颗承载了人类最多梦想的星球 。
如果将太阳系看成一个“大操场” ， 八大行星在各自的跑道上 ， 逆时针围绕着太阳奔跑 。 距离太阳最近的水星位于第一跑道 ， 由于距离太近 ， 水星难以承受“母亲”炙热之爱 。 太阳风吹走了水星上所有空气 ， 白天温度可能高达430摄氏度 ， 夜晚低至零下170摄氏度 。 由于缺乏大气层保护 ， 水星周身遍布陨石坑 ， 是一个难以孕育生命的蛮荒之地 。
人类对水星的探测也极其艰难 。 由于水星质量很小 ， 引力只有地球的38%左右 ， 导致人类的探测器很难被水星的引力捕获 。 即便被捕获 ， 在强大的太阳引力作用下 ， 也极易偏离轨道 。 人类已有的探测表明 ， “探水”对于人类了解过去很有帮助 ， 但是对于人类渴望的星际移民未来 ， 则毫无希望 。
位于太阳系第二跑道的金星 ， 从表面看各方面环境与地球类似 ， 很有可能有孕育生命的条件 。 因此 ， 在掌握了航天技术后 ， 人类也曾把金星作为探测的目标 。 1962年 ， 美国“水手二号”曾成功飞掠金星；1974年 ， “水手十号”飞掠金星并确认了“水手二号”的探测成果：金星表面存在极其浓密的大气 ， 表面温度极高 。 20世纪中期 ， 苏联启动“金星计划” ， 共计发射了29个探测器 ， 其中10个成功着陆 ， 最短工作23分钟 ， 最长仅127分钟 ， 金星的生存环境也太恶劣了 。
探测表明 ， 金星大气96%为二氧化碳 ， 造成了严重的温室效应 ， 导致金星表面温度在460摄氏度以上；金星表面大气压是地球的92倍；金星空气中滞留了大量火山喷发带来的硫化物 ， 稠密的大气几乎阻挡了所有的阳光 ， 内部一片昏暗；金星磁场也很弱 ， 难以保护生命 。 总体来看 ， 金星也难以承载人类的期待 。
地球的近邻火星成为人类最佳选择 。 自1960年苏联发射了首颗火星探测器至今 ， 人类已经向火星发射了近50颗探测器 。 如今 ， 探测火星、探寻火星生命信息、探索火星宜居性 ， 已成为国际深空探测的主流 。
火星上众多科学之谜 ， 吸引了各国科学家 。 “天问一号”是我国首次自主执行的火星探测任务 ， 将一步实现火星环绕、着陆和巡视探测 ， 获取丰富、立体、多样的火星探测科学数据 ， 这在世界航天史上尚无先例 。
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